(57)【要約】【課題】複数の用途の各々に応じた異なる焦点検出動作を実現できる焦点検出装置を提供すること。【解決手段】基準部と参照部とで対をなす画素列が配列されてなる２つの画素列群１１１、１２１を千鳥に配置し、それぞれの画素列群に対応するようにシフトレジスタ１１３、１２３を配置する。シーケンス設定部４００によって設定される動作シーケンスに従って制御部３００は各画素列群における信号電荷の蓄積及び読み出しの制御を行う。【選択図】図１
2010079220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系の焦点位置を検出する焦点検出装置であって、
前記撮影光学系を介して入射する被写体像の光量に応じた信号電荷を蓄積する光電変換素子が第１の方向に沿って１次元に並べられてなる画素列が、前記第１の方向に少なくとも一対配置されてなる第１の画素列群と、
前記第１の画素列群に配置される各々の画素列で蓄積された信号電荷を出力側に向けて転送する第１の電荷転送部と、
前記第１の電荷転送部の出力側に設けられ、前記第１の電荷転送部で転送された信号電荷を電圧信号に変換して読み出す第１の電荷読出部と、
前記第１の方向と交差する第２の方向に対して前記第１の画素列群と近接して配置されるとともに、前記撮影光学系を介して入射する被写体像の光量に応じた信号電荷を蓄積する光電変換素子が第１の方向に沿って１次元に並べられてなる画素列が、前記第１の画素列群に対して前記第１の方向に所定量だけずらして少なくとも一対配置されてなる第２の画素列群と、
前記第２の画素列群に配置される各々の画素列で蓄積された信号電荷を出力側に向けて転送する第２の電荷転送部と、
前記第２の電荷転送部の出力側に設けられ、前記第２の電荷転送部で転送された信号電荷を電圧信号に変換して読み出す第２の電荷読出部と、
前記第１の画素列群において対をなす画素列と前記第２の画素列群において対をなす画素列とに略同一の被写体像を入射させる分割光学系と、
前記第１の画素列群において対をなす画素列と前記第２の画素列群において対をなす画素列の各々対応した電圧信号に基づいて前記撮像光学系の焦点位置を演算する演算部と、
を具備することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記焦点検出装置の動作シーケンスを設定するシーケンス設定部と、
前記設定された動作シーケンスに応じて、前記第１の画素列群における信号電荷の蓄積、前記第２の画素列群における信号電荷の蓄積、前記第１の画素列群から前記第１の電荷転送部への信号電荷の転送、及び前記第２の画素列群から前記第２の電荷転送部への信号電荷の転送を制御する制御部と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
前記第１の電荷転送部と前記第２の電荷転送部とは信号電荷の転送方向が逆方向であり、
前記シーケンス設定部は、前記焦点検出装置の動作シーケンスとして、第１の動作シーケンスと、第２の動作シーケンスと、第３の動作シーケンスと、第４の動作シーケンスの何れかを設定し、
前記制御部は、前記第１の動作シーケンスが設定された場合に、前記第１の画素列群における信号電荷の蓄積と前記第２の画素列群における信号電荷の蓄積とを同時に行わせるとともに前記第１の画素列群の各画素列からの信号電荷の前記第１の電荷転送部への転送と前記第２の画素列群の各画素列からの信号電荷の前記第２の電荷転送部への転送とを同時に行わせ、前記第２の動作シーケンスが設定された場合に、前記第１の画素列群における信号電荷の蓄積及び前記第１の画素列群の各画素列からの信号電荷の前記第１の電荷転送部への転送と前記第２の画素列群における信号電荷の蓄積及び前記第２の画素列群の各画素列からの信号電荷の前記第２の電荷転送部への転送との何れかを行わせ、前記第３の動作シーケンスが設定された場合に、前記第１の画素列群における信号電荷の蓄積と前記第２の画素列群における信号電荷の蓄積とを交互に行わせるとともに前記第１の画素列群の各画素列からの信号電荷の前記第１の電荷転送部への転送と前記第２の画素列群の各画素列からの信号電荷の前記第２の電荷転送部への転送とを交互に行わせ、前記第４の動作シーケンスが設定された場合に、前記第１の画素列群における信号電荷の蓄積と前記第２の画素列群における信号電荷の蓄積とを同時に行わせるとともに前記第１の画素列群において対をなす画素列のうちで出力側に近い画素列からの信号電荷の前記第１の電荷転送部への転送と前記第２の画素列群において対をなす画素列のうちで出力側に近い画素列からの信号電荷の前記第２の電荷転送部への転送とを同時に行わせることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記第１の電荷転送部と前記第２の電荷転送部とは信号電荷の転送方向が同方向であり、
前記シーケンス設定部は、前記焦点検出装置の動作シーケンスとして、第１の動作シーケンスと、第２の動作シーケンスと、第３の動作シーケンスの何れかを設定し、
前記制御部は、前記第１の動作シーケンスが設定された場合に、前記第１の画素列群における信号電荷の蓄積と前記第２の画素列群における信号電荷の蓄積とを同時に行わせるとともに前記第１の画素列群の各画素列からの信号電荷の前記第１の電荷転送部への転送と前記第２の画素列群の各画素列からの信号電荷の前記第２の電荷転送部への転送とを同時に行わせ、前記第２の動作シーケンスが設定された場合に、前記第１の画素列群における信号電荷の蓄積及び前記第１の画素列群の各画素列からの信号電荷の前記第１の電荷転送部への転送と前記第２の画素列群における信号電荷の蓄積及び前記第２の画素列群の各画素列からの信号電荷の前記第２の電荷転送部への転送との何れかを行わせ、前記第３の動作シーケンスが設定された場合に、前記第１の画素列群における信号電荷の蓄積と前記第２の画素列群における信号電荷の蓄積とを交互に行わせるとともに前記第１の画素列群の各画素列からの信号電荷の前記第１の電荷転送部への転送と前記第２の画素列群の各画素列からの信号電荷の前記第２の電荷転送部への転送とを交互に行わせることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の焦点検出用の画素列を備える焦点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オートフォーカスカメラに用いられている焦点検出装置の方式の一つとして、位相差検出方式が知られている。位相差検出方式では、撮像光学系の１次結像等価面の同一点に結像した光束は瞳分割光学系で分割される。分割された光束は複数個の光電変換素子が配列されてなる画素列の対に各々入射され、被写体像として各画素列で検出される。これら検出された被写体像の二像間隔値から撮像画面内に配置された測距点における焦点状態（撮像光学系の焦点位置）が検出される。焦点検出の精度は、対となる画素列（基準部と参照部）間の距離と、画素幅とによって決定される。画素列間の距離を広げれば、焦点検出の精度が向上する反面、チップサイズが大きくなってしまう。一方、画素幅の最小値は、画素の製造技術の制約によって制限されてしまっている。
【０００３】
画素列間の距離や画素幅を変えることなく焦点検出の精度を向上させる方法として、特許文献１の手法が知られている。特許文献１の手法においては、同一形状の２つのラインセンサを画素幅の半分の距離だけ画素幅方向にずらして配置している。この位置をずらして配置されたラインセンサの各画素からの信号電荷をシフトレジスタで順次転送し、その画素信号を用いて測距演算を行うことで、焦点状態の検出精度を２１/２倍に向上させている。ここで、特許文献１の手法では、対をなす画素列からの画素信号を異なる演算増幅回路によって取り出している。これにより、画素信号の読み出しに要する時間を短縮している。
【特許文献１】特開２００６−２８５０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の手法においては、撮影画面内に配置された複数の測距点における焦点状態が検出できるように、１つのラインセンサに複数対の画素列が配置され、さらにこのようなラインセンサが複数設けられている。ここで、特許文献１においては、用途によらない一定の制御によって信号電荷の読み出しを行っている。即ち、特許文献１においては、常に複数のラインセンサの全てから信号電荷を読み出しており、１つのラインセンサのみから信号電荷を読み出す場合に比べて信号電荷の読み出し時間がかかってしまう。また、信号電荷の読み出しのために全てのシフトレジスタを動作させる必要があり、１つのシフトレジスタのみを動作させる場合に比べて消費電力も増大することになる。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、複数の用途の各々に応じた異なる焦点検出動作を実現できる焦点検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の焦点検出装置は、撮像光学系の焦点位置を検出する焦点検出装置であって、前記撮影光学系を介して入射する被写体像の光量に応じた信号電荷を蓄積する光電変換素子が第１の方向に沿って１次元に並べられてなる画素列が、前記第１の方向に少なくとも一対配置されてなる第１の画素列群と、前記第１の画素列群に配置される各々の画素列で蓄積された信号電荷を出力側に向けて転送する第１の電荷転送部と、前記第１の電荷転送部の出力側に設けられ、前記第１の電荷転送部で転送された信号電荷を電圧信号に変換して読み出す第１の電荷読出部と、前記第１の方向と交差する第２の方向に対して前記第１の画素列群と近接して配置されるとともに、前記撮影光学系を介して入射する被写体像の光量に応じた信号電荷を蓄積する光電変換素子が第１の方向に沿って１次元に並べられてなる画素列が、前記第１の画素列群に対して前記第１の方向に所定量だけずらして少なくとも一対配置されてなる第２の画素列群と、前記第２の画素列群に配置される各々の画素列で蓄積された信号電荷を出力側に向けて転送する第２の電荷転送部と、前記第２の電荷転送部の出力側に設けられ、前記第２の電荷転送部で転送された信号電荷を電圧信号に変換して読み出す第２の電荷読出部と、前記第１の画素列群において対をなす画素列と前記第２の画素列群において対をなす画素列とに略同一の被写体像を入射させる瞳分割光学系と、前記第１の画素列群において対をなす画素列と前記第２の画素列群において対をなす画素列の各々対応した電圧信号に基づいて前記撮像光学系の焦点位置を演算する演算部とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の用途の各々に応じた異なる焦点検出動作を実現できる焦点検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る焦点検出装置の構成を示す図である。図１に示す焦点検出装置は、撮像部１００と、瞳分割光学系２００ａ、２００ｂと、制御部３００と、シーケンス設定部４００と、演算部５００とを有している。
【０００９】
本実施形態における撮像部１００は、上側撮像部１１０と、下側撮像部１２０と、モニタ画素部１３０ａ、１３０ｂとを有している。上側撮像部１１０と下側撮像部１２０とは同じ回路構成を有しているものである。
【００１０】
上側撮像部１１０は、画素列群１１１と、シフトレジスタ１１３と、浮動拡散アンプ（Floating Diffusion Amplifier  以下、ＦＤＡと記す）１１４とを有している。また、下側撮像部１２０は、画素列群１２１と、シフトレジスタ１２３と、ＦＤＡ１２４とを有している。
【００１１】
第１の画素列群としての機能を有する画素列群１１１は、複数の画素列１１１ａ、１１１ｂが第１の方向（水平方向又は垂直方向）に１次元に並べられ、さらに各画素列に対応するように転送ゲート部１１２ａ、１１２ｂが配置されて構成されている。また、第２の画素列群としての機能を有する画素列群１２１は、複数の画素列１２１ａ、１２１ｂが第１の方向に１次元に並べられ、さらに各画素列に対応するように転送ゲート部１２２ａ、１２２ｂが配置されて構成されている。
【００１２】
画素列１１１ａ、１１１ｂ及び画素列１２１ａ、１２１ｂはそれぞれ分割された複数の画素が第１の方向に沿って１次元に並べられて構成されている。各画素は、フォトダイオード等の光電変換素子から構成されており、図示しない撮像光学系を介して入射される光信号の光量に応じた信号電荷を蓄積する。なお、図１に示す画素列の近傍に付された番号１、２、…、ｘは画素の番号を示すものである。
【００１３】
位相差検出方式では基準部の画素列と参照部の画素列との対によって被写体像の二像間隔値を演算する。図１に示す構成においては、画素列１１１ａ及び画素列１２１ａを基準部の画素列とし、画素列１１１ｂ及び画素列１２１ｂを参照部の画素列とする。
【００１４】
転送ゲート部１１２ａ、１１２ｂ及び転送ゲート部１２２ａ、１２２ｂは、画素列を構成する各画素に対応して設けられた複数の転送ゲートで構成されている。転送ゲート部１１２ａ、１１２ｂの各転送ゲートは、制御部３００からの制御信号ＴＧＵに従って、対応する画素に蓄積された信号電荷をシフトレジスタ１１３に転送する。また、転送ゲート部１２２ａ、１２２ｂの各転送ゲートは、制御部３００からの制御信号ＴＧＬに従って、対応する画素に蓄積された信号電荷をシフトレジスタ１２３に転送する。
【００１５】
第１の電荷転送部としての機能を有するシフトレジスタ１１３は、転送ゲート部１１２ａ、１１２ｂの各転送ゲートを介して転送された信号電荷を制御部３００からの制御信号ｐｈｉＵに従って出力側に向けて転送する。第２の電荷転送部としての機能を有するシフトレジスタ１２３は、転送ゲート部１２２ａ、１２２ｂの各転送ゲートを介して転送された信号電荷を制御部３００からの制御信号ｐｈｉＬに従って出力側に向けて転送する。ここで、図１に示すシフトレジスタ１１３とシフトレジスタ１２３とは、信号電荷の転送方向が互いに逆向きに構成されている。即ち、シフトレジスタ１１３は信号電荷を図示矢印Ａ方向に転送するように構成されており、この結果、信号電荷は参照部、基準部の順で転送される。一方、シフトレジスタ１２３は信号電荷を矢印Ａ方向に対して１８０度回転方向である矢印Ｂ方向に転送するように構成されており、この結果、信号電荷は基準部、参照部の順で転送される。
【００１６】
第１の電荷読出部としての機能を有するＦＤＡ１１４はシフトレジスタ１１３の出力端に接続されている。また、第２の電荷読出部としての機能を有するＦＤＡ１２４はシフトレジスタ１２３の出力端に接続されている。ＦＤＡ１１４、１２４は対応するシフトレジスタから順次転送されてきた信号電荷を電圧信号（画素信号）に変換し、変換により得られた画素信号を演算部５００に出力する。ここで、図１においては、ＦＤＡ１１４から出力される画素信号をＶＵｐｐｅｒとし、ＦＤＡ１２４から出力される画素信号をＶＬｏｗｅｒとしている。
【００１７】
以上のような構成の上側撮像部１１０と下側撮像部１２０において、下側撮像部１２０は、上側撮像部１１０に対して画素幅の半分の距離だけ第１の方向にずらして配置されている。また、下側撮像部１２０は上側撮像部１１０から第１の方向に対して直交する第２の方向に所定距離だけ離れるように近接して配置されている。以降、このような撮像部の配置による画素配置を千鳥画素配置と呼ぶこととする。
【００１８】
さらに、上側撮像部１１０の画素列１１１ａと下側撮像部１２０の画素列１２１ａとの間にモニタ画素部１３０ａが配置され、上側撮像部１１０の画素列１１１ｂと下側撮像部１２０の画素列１２１ｂとの間にモニタ画素部１３０ｂが配置されている。モニタ画素部１３０ａは画素列１１１ａと画素列１２１ａで受光される光信号の略平均値に対応した光信号を受光し、その受光した光信号を電圧信号Ｖｍｂとして制御部３００に出力する。モニタ画素部１３０ｂは画素列１１１ｂと画素列１２１ｂで受光される光信号の略平均値に対応した光信号を受光し、その受光した光信号を電圧信号Ｖｍｒとして制御部３００に出力する。
【００１９】
瞳分割光学系２００ａ、２００ｂは、図示しない撮影光学系を介して入射される光信号を瞳分割して上側撮像部１１０、下側撮像部１２０を構成する各画素列に入射させる。即ち、瞳分割光学系２００ａを通った光信号は基準部側である画素列１１１ａ、画素列１２１ａの各画素で受光され、瞳分割光学系２００ｂを通った光信号は参照部側である画素列１１１ｂ、画素列１２１ｂの各画素で受光される。この結果、基準部の画素列と参照部の画素列とは略同一の被写体像に基づく光信号が受光される。
【００２０】
制御部３００は、図１に示す焦点検出装置の動作制御を行う。この制御部３００は、制御信号ｐｈｉＵ、ＴＧＵ、ｒｍｂ、ｐｈｉＬ、ＴＧＬ、ｒｍｒを生成して出力するとともに、モニタ画素部１３０ａ、１３０ｂから電圧信号Ｖｍｂ、Ｖｍｒを受け取る。
【００２１】
制御信号ｐｈｉＵは上側のシフトレジスタ１１３に入力され、シフトレジスタ１１３に転送された信号電荷を出力側に向けて順次転送させるための制御信号である。制御信号ＴＧＵは上側の転送ゲート部１１２ａ、１１２ｂに入力され、対応する画素列に蓄積された信号電荷をシフトレジスタ１１３に転送させるためのタイミングを決定する制御信号である。制御信号ｒｍｂは基準部側のモニタ画素部１３０ａに入力され、モニタ画素部１３０ａに蓄積された電荷をリセットするための制御信号である。制御信号ｐｈｉＬは下側のシフトレジスタ１２３に入力され、シフトレジスタ１２３に転送された信号電荷を出力側に向けて順次転送させるための制御信号である。制御信号ＴＧＬは下側の転送ゲート部１２２ａ、１２２ｂに入力され、対応する画素列に蓄積された信号電荷をシフトレジスタ１２３に転送させるためのタイミングを決定する制御信号である。制御信号ｒｍｒは参照部側のモニタ画素部１３０ｂに入力され、モニタ画素部１３０ｂに蓄積された電荷をリセットするための制御信号である。
【００２２】
シーケンス設定部４００は、制御部３００が制御信号ｐｈｉＵ、ＴＧＵ、ｒｍｂ、ｐｈｉＬ、ＴＧＬ、ｒｍｒを生成するタイミングを変更するための制御信号ｍｏｄｅを生成して制御部３００に入力する。詳細は後述するが、本実施形態では制御信号ｍｏｄｅによって焦点検出装置の動作シーケンスが高精度読み出しシーケンス、低消費電力読み出しシーケンス、連続読み出しシーケンス、短時間読み出しシーケンスの４つの中の何れかに設定される。
【００２３】
演算部５００は、ＦＤＡ１１４から出力される画素信号ＶＵｐｐｅｒ、ＦＤＡ１２４から出力される画素信号ＶＬｏｗｅｒをそれぞれデジタル化し、測距情報として取り込む。そして、演算部５００は、デジタル化して取り込んだ画素信号のうちで、基準部と参照部とで対をなす画素信号から被写体像の二像間隔値を求めることによって、図示しない撮影光学系の焦点位置を演算する。
【００２４】
以下、図１の焦点検出装置の動作について説明する。図２は、図１に示す焦点検出装置の動作シーケンスと制御信号及び電圧信号の関係を示すタイミングチャートである。図２では説明の簡略化のために、画素信号ＶＵｐｐｅｒ、ＶＬｏｗｅｒをＶＯｕｔで代表し、制御信号ｐｈｉＵ、ｐｈｉＬをｐｈｉで代表し、制御信号ＴＧＵ、ＴＧＬをＴＧで代表し、制御信号ｒｍｂ、ｒｍｒをｒｍで代表し、電圧信号Ｖｍｂ、ＶｍｒをＶｍで代表している。また、図２のタイミングチャートでは、上段より、撮像部１００の動作モード、ＶＯｕｔ、ｐｈｉ、ＴＧ、ｒｍ、Ｖｍの順に並べてある。
【００２５】
図２において、まず焦点検出装置の撮像部１００の動作モードが設定モードに移行される。この設定モードでは、各画素列における蓄積条件及び画素信号の読み出し条件が設定される。ここで、蓄積動作開始前の設定モード時に、制御部３００は制御信号ＴＧをロー（Ｌ）レベルに設定するとともに、制御信号ｒｍをハイ（Ｈ）レベルに設定する。制御信号ｒｍがＨレベルの状態ではモニタ画素部１３０ａ、１３０ｂに蓄積されている電荷が排出され続け、この結果、モニタ画素部１３０ａ、１３０ｂに蓄積されていた電荷がリセットされる。
【００２６】
蓄積条件及び読み出し条件が設定されると、撮像部１００の動作モードが蓄積モードに移行される。このとき、制御部３００は制御信号ＴＧを一定期間Ｈレベルに設定する。これにより、画素列１１１ａ、１１１ｂを構成する各画素に蓄積されていた信号電荷が転送ゲート部１１２ａ、１１２ｂを通してシフトレジスタ１１３に移動するとともに、画素列１２１ａ、１２１ｂを構成する各画素に蓄積されていた信号電荷が転送ゲート部１２２ａ、１２２ｂを通してシフトレジスタ１２３に移動する。このため、蓄積動作の開始時には、画素列１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂ及びモニタ画素部１３０ａ、１３０ｂには電荷が溜まっていない状態になる。
【００２７】
次に、制御部３００は、制御信号ＴＧ及び制御信号ｒｍをＬレベルに設定する。これにより、画素列１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂ及びモニタ画素部１３０ａ、１３０ｂは蓄積状態になり、電荷の蓄積が開始される。蓄積状態では、画素列１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂ及びモニタ画素部１３０ａ、１３０ｂのそれぞれに照射されている光信号に応じた電荷が生成され、蓄積される。モニタ画素部１３０ａ、１３０ｂからは蓄積されている電荷に応じた電圧信号Ｖｍがそれぞれ出力される。この電圧信号Ｖｍが制御部３００において予め設定されている蓄積終了電圧Ｖｒｅｆよりも低くなると、制御部３００は制御信号ＴＧを一定期間Ｈレベルにする。これにより、画素列１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂをそれぞれ構成する各画素に蓄積されていた信号電荷が転送ゲート部１１２ａ、１１２ｂ、１２２ａ、１２２ｂを通してシフトレジスタ１１３、１２３に移動し、蓄積動作が終了される。
【００２８】
蓄積モードの終了後、撮像部１００の動作モードが読み出しモードに移行され、画素信号の転送が開始される。この読み出しモードでは、シフトレジスタ１１３、１２３上の信号電荷が制御信号ｐｈｉに同期して順次転送され、転送された電荷がＦＤＡ１１４、１２４によって画素信号ＶＯｕｔに変換されて演算部５００に出力される。なお、図２では、参照部、基準部の順で信号電荷が読み出される様子を示している。これは、図１の上側撮像部１１０の出力に対応している。また、図２に示す無効出力は画素列からの信号電荷に対応していない出力を示している。
【００２９】
以降、図３から図６を用いて、第１の動作シーケンスとしての高精度読み出しシーケンス、第２の動作シーケンスとしての低消費電力読み出しシーケンス、第３の動作シーケンスとしての連続読み出しシーケンス、第４の動作シーケンスとしての短時間読み出しシーケンスの４つの動作シーケンスについて説明する。なお、回路の動作と制御信号の関係は、図２を用いて説明したものと同一であるため、詳細な説明は省略する。また、回路の動作シーケンスは、シーケンス設定部４００からの制御信号ｍｏｄｅによって設定されるものである。
【００３０】
図３は、高精度読み出しシーケンスにおける各制御信号及び出力波形を示すタイミングチャートである。図３のタイミングチャートでは、上段より、ＶＵｐｐｅｒ、ＶＬｏｗｅｒ、ｐｈｉＵ、ｐｈｉＬ、ＴＧＵ、ＴＧＬ、ｒｍｂ、ｒｍｒ、Ｖｍｂ、Ｖｍｒの順に並べてある。高精度読み出しシーケンスでは、上側撮像部１１０の基準部である画素列１１１ａ、下側撮像部１２０の基準部である画素列１２１ａ、上側撮像部１１０の参照部である画素列１１１ｂ、下側撮像部１２０参照部である画素列１２１ｂの４つの画素列全てに対して、同一の蓄積制御及び読み出し制御を行う。
【００３１】
回路の動作シーケンスとしては、まず、撮像部１００の上側撮像部１１０及び下側撮像部１２０の動作モードがともに設定モードに移行され、設定モードにおいて全画素列に対して同一の蓄積条件及び読み出し条件が設定される。
【００３２】
次に、上側撮像部１１０及び下側撮像部１２０の動作モードが蓄積モードに移行し、画素列１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂが一斉に蓄積を開始する。電圧信号Ｖｍｂ、Ｖｍｒの何れかが蓄積終了電圧Ｖｒｅｆよりも低くなった時点で蓄積モードが終了し、このとき制御部３００は、制御信号ＴＧＵ、ＴＧＬを同時にＨレベルにする。これにより、画素列１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂの各画素に蓄積されていた信号電荷は全てシフトレジスタ１１３、１２３に転送される。
【００３３】
その後、上側撮像部１１０及び下側撮像部１２０の動作モードが読み出しモードに移行する。高精度読み出しシーケンスにおける読み出しモード時には、上側撮像部１１０からは参照部、基準部の順に画素信号ＶＵｐｐｅｒが読み出され、下側撮像部１２０からは基準部、参照部の順に画素信号ＶＬｏｗｅｒが読み出される。
【００３４】
このように、高精度読み出しシーケンスにおいては、同一被写体を同一時間だけ露光することで蓄積された電荷を電荷−電圧変換して得られた画素信号が基準部と参照部の対として撮像部１００から出力される。ここで、下側撮像部１２０は上側撮像部１１０に対して画素幅の半分の距離だけずらして配置されているので、高精度読み出しモード時に得られた画素信号ＶＵｐｐｅｒ、ＶＬｏｗｅｒを用いて二像間隔値を算出することで、上側撮像部１１０のみ或いは下側撮像部１２０のみを使用した場合に比べて焦点検出精度を２１/２倍とすることができる。
【００３５】
図４は、低消費電力読み出しシーケンスにおける各制御信号及び出力波形を示すタイミングチャートである。図４のタイミングチャートにおいても、上段より、ＶＵｐｐｅｒ、ＶＬｏｗｅｒ、ｐｈｉＵ、ｐｈｉＬ、ＴＧＵ、ＴＧＬ、ｒｍｂ、ｒｍｒ、Ｖｍｂ、Ｖｍｒの順に並べてある。低消費電力読み出しシーケンスでは、上側撮像部１１０のみに対して蓄積制御及び読み出し制御を行い、下側撮像部１２０に対しては制御信号ｐｈｉＬ、ＴＧＬを常にＬレベルとしておくことで動作を停止させておく。
【００３６】
回路の動作シーケンスとしては、まず、上側撮像部１１０の動作モードが設定モードに移行され、上側撮像部１１０に対してのみ蓄積条件及び読み出し条件が設定される。
【００３７】
次に、上側撮像部１１０の動作モードが蓄積モードに移行し、上側撮像部１１０の画素列１１１ａ、１１１ｂのみが蓄積を開始する。電圧信号Ｖｍｂ、Ｖｍｒの何れかが蓄積終了電圧Ｖｒｅｆよりも低くなった時点で蓄積モードが終了する。このとき制御部３００は、制御信号ＴＧＵをＨレベルにする。
【００３８】
その後、上側撮像部１１０の動作モードが読み出しモードに移行する。低消費電力読み出しシーケンスにおける読み出しモード時には、上側撮像部１１０からは参照部、基準部の順に画素信号が読み出され、下側撮像部１２０からは画素に対応する信号が読み出されない。つまり、低消費電力読み出しシーケンス時には、撮像部１００からの有効な出力は画素信号ＶＵｐｐｅｒのみになる。
【００３９】
このように、低消費電力読み出しシーケンスにおいては、上側撮像部１１０のみを動作させ、下側撮像部１２０の動作を停止させることで、制御信号の生成、シフトレジスタの駆動、及びＦＤＡの動作に必要な電力を減少させることができる。なお、低消費電力読み出しシーケンス時には、動作を停止させている側の画素列に蓄積される電荷は、各画素に設けられたオーバーフロードレインより排出され続ける。
【００４０】
なお、図４では下側撮像部１２０の動作を停止させ、上側撮像部１１０のみを動作させているが、上側撮像部１１０の動作を停止させ、下側撮像部１２０のみを動作させても同様の効果が得られるものである。
【００４１】
図５は、連続読み出しシーケンスにおける各制御信号及び出力波形を示すタイミングチャートである。図５のタイミングチャートにおいても、上段より、ＶＵｐｐｅｒ、ＶＬｏｗｅｒ、ｐｈｉＵ、ｐｈｉＬ、ＴＧＵ、ＴＧＬ、ｒｍｂ、ｒｍｒ、Ｖｍｂ、Ｖｍｒの順に並べてある。連続読み出しシーケンスでは、上側撮像部１１０の基準部と上側撮像部１１０の参照部との対、及び下側撮像部１２０の基準部と下側撮像部１２０の参照部との対に分けて蓄積制御と読み出し制御とを行う。
【００４２】
回路の動作シーケンスとしては、まず、上側撮像部１１０の動作モードが設定モードに移行され、上側撮像部１１０における蓄積条件及び読み出し条件が設定される。一方、下側撮像部１２０の動作モードは読み出しモードに移行される。実際には、下側撮像部１２０においてはまだ蓄積が行われていないため、有効な出力は得られない。
【００４３】
次に、上側撮像部１１０の動作モードが蓄積モードに移行し、上側撮像部１１０の画素列１１１ａ、１１１ｂが蓄積を開始する。連続読み出しシーケンスにおいては、上側撮像部１１０の蓄積モードは電圧信号Ｖｍｂが蓄積終了電圧Ｖｒｅｆよりも低くなった時点で終了し、このとき制御部３００は制御信号ＴＧＵをＨレベルとする。これにより、上側撮像部１１０の画素列１１１ａ、１１１ｂに蓄積された信号電荷は全てシフトレジスタ１１３に転送される。
【００４４】
その後、上側撮像部１１０の動作モードが読み出しモードに移行する。これにより、上側撮像部１１０からは、モニタ画素部１３０ａによって蓄積制御されて得られた画素信号ＶＵｐｐｅｒが出力される。また、上側撮像部１１０の動作モードが読み出しモードに移行すると、下側撮像部１２０の動作モードが設定モードに移行し、下側撮像部１２０における蓄積条件及び読み出し条件が設定される。
【００４５】
次に、下側撮像部１２０の動作モードが蓄積モードに移行し、下側撮像部１２０の画素列１２１ａ、１２１ｂが蓄積を開始する。連続読み出しシーケンスにおいては、下側撮像部１２０の蓄積モードは電圧信号Ｖｍｒが蓄積終了電圧Ｖｒｅｆよりも低くなった時点で終了し、このとき制御部３００は制御信号ＴＧＬをＨレベルとする。これにより、下側撮像部１２０の画素列１２１ａ、１２１ｂに蓄積された信号電荷は全てシフトレジスタ１２３に転送される。
【００４６】
その後、下側撮像部１２０の動作モードが読み出しモードに移行する。これにより、下側撮像部１２０からは、モニタ画素部１３０ｂによって蓄積制御されて得られた画素信号ＶＬｏｗｅｒが出力される。ここで、先に読み出しモードに移行していた上側撮像部１１０は、全画素分の画素信号の読み出しが終了すると再び設定モードに移行し、蓄積条件及び読み出し条件が設定された後、蓄積モードに移行する。そして、上側撮像部１１０における蓄積モードが終了すると読み出しモードに移行し、上側撮像部１１０を構成する画素列１１１ａ、１１１ｂの全画素分の画素信号の読み出しが終了すると再び設定モードに移行するというシーケンスを繰り返す。下側撮像部１２０も上側撮像部１１０と同様のシーケンスを繰り返す。
【００４７】
このように、連続読み出しシーケンスにおいては、上側撮像部１１０と下側撮像部１２０とは蓄積モードの動作と読み出しモードの動作とを入れ違いに行い、一定期間ずれた周期で被写体からの測距情報に対応した画素信号を出力する。このため、上側撮像部１１０のみ或いは下側撮像部１２０のみを使用した場合に比べて測距情報を得る回数を２倍とすることが可能である。
【００４８】
なお、図５では信号電圧Ｖｍｂにより上側撮像部１１０の蓄積が制御され、信号電圧Ｖｍｒにより下側撮像部１２０の蓄積が制御されているが、信号電圧Ｖｍｂにより下側撮像部１２０の蓄積を制御し、信号電圧Ｖｍｒにより上側撮像部１１０の蓄積を制御しても同様の効果が得られる。
【００４９】
図６は、短時間読み出し読み出しシーケンスにおける各制御信号及び出力波形を示すタイミングチャートである。図６のタイミングチャートにおいても、上段より、ＶＵｐｐｅｒ、ＶＬｏｗｅｒ、ｐｈｉＵ、ｐｈｉＬ、ＴＧＵ、ＴＧＬ、ｒｍｂ、ｒｍｒ、Ｖｍｂ、Ｖｍｒの順に並べてある。短時間読み出しシーケンスでは、上側撮像部１１０の基準部である画素列１１１ａ、下側撮像部１２０の基準部である画素列１２１ａ、上側撮像部１１０の参照部である画素列１１１ｂ、下側撮像部１２０参照部である画素列１２１ｂの４つの画素列全てに対して、同一の蓄積制御及び読み出し制御を行う。
【００５０】
回路の動作シーケンスとしては、まず、撮像部１００の上側撮像部１１０及び下側撮像部１２０の動作モードがともに設定モードに移行され、設定モードにおいて全画素列に対して同一の蓄積条件及び読み出し条件が設定される。
【００５１】
次に、上側撮像部１１０及び下側撮像部１２０の動作モードが蓄積モードに移行し、画素列１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂが一斉に蓄積を開始する。電圧信号Ｖｍｂ、Ｖｍｒの何れかが蓄積終了電圧Ｖｒｅｆよりも低くなった時点で蓄積モードが終了し、このとき制御部３００は、制御信号ＴＧＵ、ＴＧＬを同時にＨレベルにする。これにより、画素列１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂの各画素に蓄積されていた信号電荷は全てシフトレジスタ１１３、１２３に転送される。
【００５２】
その後、上側撮像部１１０及び下側撮像部１２０の動作モードが読み出しモードに移行する。短時間読み出しシーケンスにおける読み出しモード時は、上側撮像部１１０から参照部の画素列１１１ｂからの画素信号ＶＵｐｐｅｒが読み出され、下側撮像部１２０から基準部の画素列１２１ａからの画素信号ＶＬｏｗｅｒが読み出された時点で終了する。そして、上側撮像部１１０及び下側撮像部１２０の動作モードが設定モードに移行する。設定モードにおいて蓄積条件及び読み出し条件が設定された後、蓄積モードに移行する。そして、蓄積モードが終了すると読み出しモードに移行し、上側撮像部１１０の参照部の画素列１１１ｂ、下側撮像部１２０の基準部の画素列１２１ａからの画素信号の読み出しが終了すると再び設定モードに移行するというシーケンスを繰り返す。
【００５３】
このように、短時間読み出しシーケンスにおいては、高精度読み出しシーケンスと同様に、同一被写体を同一時間だけ露光することで各画素列の各画素に蓄積された信号電荷のうち、ＦＤＡ１１４、１２４に近い側である画素列１１１ｂ、１２１ａに蓄積された信号電荷のみを読み出すようにしている。これにより、上側撮像部１１０のみ或いは下側撮像部１２０のみを使用した場合よりも画素信号の読み出し時間を短縮することが可能である。
【００５４】
ここで、短時間読み出しシーケンスにおいては、上側撮像部１１０の基準部である画素列１１１ａ、下側撮像部１２０の参照部である画素列１２１ｂに蓄積された信号電荷を読み出さないようにしている。即ち、短時間読み出しシーケンスにおいて画素列１１１ａ、画素列１２１ｂの読み出し制御は不要である。したがって、短時間読み出しシーケンスにおいては、画素列１１１ａ、画素列１２１ｂに対応した転送ゲート部１１２ａ、１２２ｂに制御信号ＴＧＵ、ＴＧＬを印加しなくとも良い。この場合、画素列１１１ａ、１２１ｂに蓄積される電荷は、各画素に設けられたオーバーフロードレインより排出され続ける。一方、画素列１１１ｂ、１２１ａに蓄積される電荷は、読み出しモード時にシフトレジスタ１１３、１２３に転送される。この結果、不要電荷は存在しなくなる。
【００５５】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、基準部と参照部とで対をなす画素列が配列されてなる２つの画素列群を千鳥に配置し、それぞれの画素列群に対応するようにシフトレジスタを配置するとともにシフトレジスタによる信号電荷の転送方向を逆方向とすることで特徴の異なる４つのシーケンスを同一構成の焦点検出装置によって実現することができる。
【００５６】
［第２の実施形態］
次に本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係る焦点検出装置の構成を示す図である。第２の実施形態における焦点検出装置も、撮像部１００と、瞳分割光学系２００ａ、２００ｂと、制御部３００と、シーケンス設定部４００と、演算部５００とを有している。なお、図７においては、瞳分割光学系２００ａ、２００ｂと演算部５００の図示を省略している。図７に示す回路は、上側撮像部１１０と下側撮像部１２０の信号電荷の転送方向が同じであることを除いては、図１に示す回路と同様である。このため、第２の実施形態において、蓄積モードの制御及び読み出しモードの制御における詳細な説明は省略する。ただし、信号電荷の転送方向が同じであるため、シーケンス設定部４００によって設定可能な動作モードは、高精度読み出しシーケンス、低消費電力読み出しシーケンス、連続読み出しシーケンスの３つの動作シーケンスである。
【００５７】
第２の実施形態においても、高精度読み出しシーケンスは、図３を用いて説明した動作シーケンスと同様で、全ての画素列に対して同一の蓄積制御を行い、同一被写体に対して同一時間の露光により蓄積された信号電荷を使用することで、上側撮像部１１０のみ或いは下側撮像部１２０のみを使用した場合に比べて焦点検出精度を２１/２倍とすることができる。
【００５８】
また、低消費電力読み出しシーケンスも、図４を用いて説明した動作シーケンスと同様で、上側撮像部１１０或いは下側撮像部１２０の片方にのみ制御信号を印加し、もう片方の動作を停止させることで、制御信号の生成、シフトレジスタの駆動、及びＦＤＡの動作に必要な電力を減少させることが可能である。
【００５９】
また、連続読み出しシーケンスも、図５を用いて説明した動作シーケンスと同様で、上側撮像部１１０と下側撮像部１２０の蓄積モードの動作と画素信号読み出しモードの動作を交互に行い、一定期間ずれた周期で被写体からの測距情報を出力する。このため、上側撮像部１１０のみ或いは下側撮像部１２０のみを使用した場合に比べて測距情報を得る回数を２倍とすることができる。
【００６０】
以上説明したように、本発明の第２の実施形態によれば、基準部と参照部とで対をなす画素列が配列されてなる２つの画素列群を千鳥に配置し、それぞれの画素列群に対応するようにシフトレジスタを配置するとともにシフトレジスタによる信号電荷の転送方向を同方向とすることで特徴の異なる３つのシーケンスを同一構成の焦点検出装置によって実現することができる。また、第２の実施形態においては、ＦＤＡ１１４、１２４を同一方向に配置することができるため、演算部５００に設けられるＡ／Ｄ変換回路等の処理回路を近接して配置することができるとともに演算部５００への配線長を等しくすることができる。したがって、第２の実施形態では、２つのシフトレジスタ１１３、１２３、ＦＤＡ１１４、１２４、及び演算部５００の特性のばらつきを第１の実施形態に比べて抑えることもできる。
【００６１】
［第３の実施形態］
次に本発明の第３の実施形態について説明する。図８は、本発明の第３の実施形態に係る焦点検出装置の構成を示す図である。第３の実施形態における焦点検出装置も、撮像部１００と、瞳分割光学系２００ａ、２００ｂと、制御部３００と、シーケンス設定部４００と、演算部５００とを有している。なお、図８においても、瞳分割光学系２００ａ、２００ｂと演算部５００の図示を省略している。図８に示す回路は、上側撮像部１１０の画素列群１１１に、画素列１１１ａと画素列１１１ｃ、画素列１１１ｂと画素列１１１ｄからなる２対の画素列が第１の方向（水平方向又は垂直方向）に１次元に並べられている。また、各画素列に対応するように蓄積ゲート部１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄが配置されて構成されている。また、各蓄積ゲート部に対応するようにストレージ部１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄが配置されている。また、各ストレージ部に対応するように転送ゲート部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄが配置されている。同様に、下側撮像部１２０の画素列群１２１に、画素列１２１ａと画素列１２１ｃ、画素列１２１ｂと画素列１２１ｄからなる２対の画素列が第１の方向に１次元に並べられている。また、各画素列に対応するように蓄積ゲート部１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄが配置されて構成されている。また、各蓄積ゲート部に対応するようにストレージ部１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄが配置されている。また、各ストレージ部に対応するように転送ゲート部１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄが配置されている。
【００６２】
画素列１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ及び画素列１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄはそれぞれ分割された複数の画素が第１の方向に沿って１次元に並べられて構成されている。各画素は、フォトダイオード等の光電変換素子から構成されており、外部から入射される光信号の光量に応じた信号電荷を蓄積する。なお、図８に示す画素列の近傍に付された番号１、２、…、ｘは画素の番号を示すものである。
【００６３】
図８に示す構成において、画素列１１１ａ及び画素列１２１ａを第１基準部の画素列とし、画素列１１１ｂ及び画素列１２１ｂを第２基準部の画素列とする。また、画素列１１１ｃ及び画素列１２１ｃを第１参照部の画素列とし、画素列１１１ｄ及び画素列１２１ｄを第２参照部の画素列とする。第１基準部と第１参照部とは図示しない撮像光学系の１次結像等価面のある一点に結像された光束に基づく光信号が受光される。また、第２基準部と第２参照部とは図示しない撮像光学系の１次結像等価面の別の一点に結像された光束に基づく光信号が受光される。
【００６４】
蓄積ゲート部１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、及び蓄積ゲート部１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄは、画素列を構成する各画素に対応して設けられた複数の蓄積ゲートで構成されている。蓄積ゲート部１１５ａ、１１５ｃの各蓄積ゲートは、制御部３００からの制御信号ＴＧ１Ｕ−１に従って、対応する画素に蓄積された信号電荷をストレージ部１１６ａ、１１６ｃの対応するストレージに転送する。蓄積ゲート部１１５ｂ、１１５ｄの各蓄積ゲートは、制御部３００からの制御信号ＴＧ１Ｕ−２に従って、対応する画素に蓄積された信号電荷をストレージ部１１６ｂ、１１６ｄの対応するストレージに転送する。また、蓄積ゲート部１２５ａ、１２５ｃの各蓄積ゲートは、制御部３００からの制御信号ＴＧ１Ｌ−１に従って、対応する画素に蓄積された信号電荷をストレージ部１２６ａ、１２６ｃの対応するストレージに転送する。蓄積ゲート部１２５ｂ、１２５ｄの各蓄積ゲートは、制御部３００からの制御信号ＴＧ１Ｌ−２に従って、対応する画素に蓄積された信号電荷をストレージ部１２６ｂ、１２６ｄの対応するストレージに転送する。
【００６５】
ストレージ部１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ、及びストレージ部１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄは、蓄積ゲート部を構成する各蓄積ゲートに対応して設けられた複数のストレージで設けられている。各ストレージには、対応する蓄積ゲートを介して転送された信号電荷が蓄積される。
【００６６】
転送ゲート部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、及び転送ゲート部１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄは、ストレージ部を構成する各ストレージに対応して設けられた複数の転送ゲートで構成されている。転送ゲート部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄの各転送ゲートは、制御部３００からの制御信号ＴＧ２Ｕに従って、対応するストレージに蓄積された信号電荷をシフトレジスタ１１３に転送する。また、転送ゲート部１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄの各転送ゲートは、制御部３００からの制御信号ＴＧ２Ｌに従って、対応するストレージに蓄積された信号電荷をシフトレジスタ１２３に転送する。
【００６７】
シフトレジスタ１１３は、転送ゲート部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄの各転送ゲートを介して転送された信号電荷を制御部３００からの制御信号ｐｈｉＵに従って出力側に向けて転送する。シフトレジスタ１２３は、転送ゲート部１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄの各転送ゲートを介して転送された信号電荷を制御部３００からの制御信号ｐｈｉＬに従って出力側に向けて転送する。ここで、図８に示すシフトレジスタ１１３とシフトレジスタ１２３とは、信号電荷の転送方向が互いに逆向きに構成されている。即ち、シフトレジスタ１１３は信号電荷を、第２参照部、第１参照部、第２基準部、第１基準部の順で転送する。一方、シフトレジスタ１２３は信号電荷を、第１基準部、第２基準部、第１参照部、第２参照部の順で転送する。
【００６８】
ＦＤＡ１１４、ＦＤＡ１２４は対応するシフトレジスタから順次転送されてきた信号電荷を電圧信号（画素信号）に変換し、変換により得られた画素信号を演算部５００に出力する。
【００６９】
さらに、上側撮像部１１０の画素列１１１ａと下側撮像部１２０の画素列１２１ａとの間にモニタ画素部１３０ａが配置され、上側撮像部１１０の画素列１１１ｂと下側撮像部１２０の画素列１２１ｂとの間にモニタ画素部１３０ｂが配置され、上側撮像部１１０の画素列１１１ｃと下側撮像部１２０の画素列１２１ｃとの間にモニタ画素部１３０ｃが配置され、上側撮像部１１０の画素列１１１ｄと下側撮像部１２０の画素列１２１ｄとの間にモニタ画素部１３０ｄが配置されている。モニタ画素部１３０ａは画素列１１１ａと画素列１２１ａとで受光される光信号の略平均値に対応した光信号を受光し、その受光した光信号を電圧信号Ｖｍｂ−１として制御部３００に出力する。モニタ画素部１３０ｂは画素列１１１ｂと画素列１２１ｂとで受光される光信号の略平均値に対応した光信号を受光し、その受光した光信号を電圧信号Ｖｍｂ−２として制御部３００に出力する。モニタ画素部１３０ｃは画素列１１１ｃと画素列１２１ｃとで受光される光信号の略平均値に対応した光信号を受光し、その受光した光信号を電圧信号Ｖｍｒ−１として制御部３００に出力する。モニタ画素部１３０ｄは画素列１１１ｄと画素列１２１ｄとで受光される光信号の略平均値に対応した光信号を受光し、その受光した光信号を電圧信号Ｖｍｒ−２として制御部３００に出力する。
【００７０】
制御部３００は、図８に示す焦点検出装置の動作制御を行う。この制御部３００は、制御信号ｐｈｉＵ、ＴＧ１Ｕ-１、ＴＧ１Ｕ-２、ＴＧ２Ｕ、ｒｓＵ、ｒｍｂ、ｐｈｉＬ、ＴＧ１Ｌ-１、ＴＧ１Ｌ-２、ＴＧ２Ｌ、ｒｓＬ、ｒｍｒを生成して出力するとともに、モニタ画素部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄから電圧信号Ｖｍｂ−１、Ｖｍｂ−２、Ｖｍｒ−１、Ｖｍｒ−２を受け取る。
【００７１】
ここで、制御信号ｐｈｉＵは上側のシフトレジスタ１１３に入力され、シフトレジスタ１１３に転送された信号電荷を出力側に向けて順次転送させるための制御信号である。制御信号ＴＧ１Ｕ−１は上側の転送ゲート部１１２ａ、１１２ｃに入力され、対応する画素列に蓄積された信号電荷をストレージ部１１６ａ、１１６ｃに転送させるためのタイミングを決定する制御信号である。制御信号ＴＧ１Ｕ−２は上側の転送ゲート部１１２ｂ、１１２ｄに入力され、対応する画素列に蓄積された信号電荷をストレージ部１１６ｂ、１１６ｄに転送させるためのタイミングを決定する制御信号である。制御信号ｒｓＵは上側のストレージ部１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄに入力され、各ストレージに蓄積された信号電荷をリセットするための制御信号である。制御信号ＴＧ２Ｕは上側の転送ゲート部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄに入力され、各ストレージに蓄積された信号電荷をシフトレジスタ１１３に転送させるためのタイミングを決定する制御信号である。制御信号ｐｈｉＬは下側のシフトレジスタ１２３に入力され、シフトレジスタ１２３に転送された信号電荷を出力側に向けて順次転送させるための制御信号である。制御信号ＴＧ１Ｌ−１は下側の蓄積ゲート部１２５ａ、１２５ｃに入力され、対応する画素列に蓄積された信号電荷をストレージ部１２６ａ、１２６ｃに転送させるためのタイミングを決定する制御信号である。制御信号ＴＧ１Ｌ−２は下側の蓄積ゲート部１２５ｂ、１２５ｄに入力され、対応する画素列に蓄積された信号電荷をストレージ部１２６ｂ、１２６ｄに転送させるためのタイミングを決定する制御信号である。制御信号ｒｓＬは下側のストレージ部１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄに入力され、各ストレージに蓄積された信号電荷をリセットするための制御信号である。制御信号ＴＧ２Ｌは下側の転送ゲート部１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに入力され、各ストレージに蓄積された信号電荷をシフトレジスタ１２３に転送させるためのタイミングを決定する制御信号である。
【００７２】
以下、図８の焦点検出装置の動作について説明する。図９は、図８に示す焦点検出装置の動作シーケンスと制御信号及び電圧信号の関係を示すタイミングチャートである。図９では説明の簡略化のために、画素信号ＶＵｐｐｅｒ、ＶＬｏｗｅｒをＶＯｕｔで代表し、制御信号ｐｈｉＵ、ｐｈｉＬをｐｈｉで代表し、制御信号ＴＧ１Ｕ−１、ＴＧ１Ｌ−１をＴＧ１−１で代表し、制御信号ＴＧ１Ｕ−２、ＴＧ１Ｌ−２をＴＧ１−２で代表し、制御信号ＴＧ２Ｕ、ＴＧ２ＬをＴＧ２で代表し、制御信号ｒｓＵ、ｒｓＬをｒｓで代表し、制御信号ｒｍｂ、ｒｍｒをｒｍで代表し、電圧信号Ｖｍｂ−１、Ｖｍｒ−１をＶｍ１で代表し、電圧信号Ｖｍｂ−２、Ｖｍｒ−２をＶｍ２で代表している。また、図９のタイミングチャートでは、上段より、撮像部１００の動作モード、ＶＯｕｔ、ｐｈｉ、ＴＧ１−１、ＴＧ１−２、ＴＧ２、ｒｓ、ｒｍ、Ｖｍ１、Ｖｍ２の順に並べてある。
【００７３】
図９において、まず焦点検出装置の撮像部１００の動作モードが設定モードに移行される。この設定モードでは、各画素列における蓄積条件及び画素信号の読み出し条件が設定される。ここで、蓄積動作開始前の設定モード時に、制御部３００は制御信号ＴＧ１−１、ＴＧ１−２、ＴＧ２をＬレベルに設定するとともに、制御信号ｒｓ、ｒｍをＨレベルに設定する。制御信号ｒｍがＨレベルの状態では各モニタ画素部に蓄積されている電荷が排出され続け、この結果、各モニタ画素部に蓄積されていた電荷がリセットされる。
【００７４】
蓄積条件及び読み出し条件が設定されると、撮像部１００の動作モードが蓄積モードに移行される。このとき、制御部３００は制御信号ＴＧ１−１、ＴＧ１−２を一定期間Ｈレベルに設定する。これにより、各画素列の各画素に蓄積されていた信号電荷が対応する蓄積ゲート部を通して対応するストレージ部のストレージに移動する。これによって各画素列の信号電荷がリセットされる。さらに、制御信号ｒｓがＨレベルの状態では各ストレージ部のストレージに蓄積されていた信号電荷が排出される。
【００７５】
以上より、蓄積動作の開始時には、各画素列、各ストレージ部、各モニタ画素部には電荷が溜まっていない状態になる。
【００７６】
次に、制御部３００は、制御信号ＴＧ１−１、ＴＧ１−２、ＴＧ２及び制御信号ｒｍをＬレベルに設定する。これにより、各画素列及び各モニタ画素部は蓄積状態になり、電荷の蓄積が開始される。蓄積状態では、各画素列及び各モニタ画素部に照射されている光信号に応じた電荷が生成され、蓄積される。各モニタ画素部からは蓄積されている電荷に応じた電圧信号Ｖｍ１、Ｖｍ２がそれぞれ出力される。
【００７７】
電圧信号Ｖｍ１が制御部３００において予め設定されている蓄積終了電圧Ｖｒｅｆよりも低くなると、制御部３００は制御信号ＴＧ１−１を一定期間Ｈレベルにする。同様に、電圧信号Ｖｍ２が蓄積終了電圧Ｖｒｅｆよりも低くなると、制御部３００は制御信号ＴＧ１−２を一定期間Ｈレベルにする。制御信号ＴＧ１−１又はＴＧ１−２がＨレベルとなると、対応する画素列の各画素に蓄積されていた信号電荷が蓄積ゲート部を通して対応するストレージ部のストレージに移動する。これによって、その画素列が蓄積終了状態となる。このような蓄積制御を全ての画素列に対して行う。全ての画素列が蓄積終了状態となると蓄積モードが終了する。
【００７８】
蓄積モードの終了後、撮像部１００の動作モードが読み出しモードに移行され、画素信号の転送が開始される。この読み出しモードにおいて、制御部３００は、制御信号ＴＧ２を一定期間Ｈレベルにする。これにより、各ストレージ部の各ストレージに蓄積されていた信号電荷が転送ゲート部を通って対応するシフトレジスタに移動する。その後、シフトレジスタ上の信号電荷が制御信号ｐｈｉに同期して順次転送され、転送された電荷がＦＤＡによって画素信号ＶＯｕｔに変換されて演算部５００に出力される。なお、図９では、第２参照部から順次信号電荷が読み出される様子を示している。これは、図８の上側撮像部１１０の出力に対応している。
【００７９】
図８に示した回路においても、第１の実施形態で説明した、全ての画素信号を使用する高精度読み出しシーケンス、上側撮像部１１０又は下側撮像部１２０のみを使用する低消費電力読み出しシーケンス、上側撮像部１１０と下側撮像部１２０とで蓄積制御及び読み出し制御を交互に行う連続読み出しシーケンス、上側撮像部１１０において出力側に近い画素列である第１参照部と第２参照部及び下側撮像部１２０において出力側に近い画素列である第１基準部と第２基準部の画素信号のみを使用する短時間読み出しシーケンスの４つを選択することが可能である。
【００８０】
上記のように、複数の測距点を有し、千鳥画素配置を持つ焦点検出装置において、シフトレジスタを上側の画素列群１１１と下側の画素列群１２１とに分けて配置し、上側のシフトレジスタ１１３に対して下側のシフトレジスタ１２３は、電荷を逆方向に転送する構成にすることで、特徴の異なる４つのシーケンスを実現することができる。高精度読み出しシーケンスでは、千鳥画素配置の測距情報を使用することで、上側撮像部１１０のみ或いは下側撮像部１２０のみを使用した場合に比べて焦点検出精度を２１/２倍とすることができる。低消費電力読み出しシーケンスでは、上側撮像部１１０或いは下側撮像部１２０の制御及び動作を停止させることで、消費電力を少なくすることができる。連続読み出しシーケンスでは、上側撮像部１１０と下側撮像部１２０とで蓄積モードの動作と読み出しモードの動作とを交互に行うことで、上側撮像部１１０のみ或いは下側撮像部１２０のみを使用した場合に比べて２倍の頻度で測距情報を得ることができる。短時間読み出しシーケンスでは、上側撮像部１１０の参照部側の画素列と下側撮像部１２０の基準部側の画素列のみの測距情報で焦点状態の算出に用いることで読み出し時間を短縮することができる。
【００８１】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００８２】
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る焦点検出装置の構成を示す図である。
【図２】図１の焦点検出装置の動作シーケンスと制御信号及び電圧信号の関係を示すタイミングチャートである。
【図３】高精度読み出しシーケンスにおける各制御信号及び出力波形を示すタイミングチャートである。
【図４】低消費電力読み出しシーケンスにおける各制御信号及び出力波形を示すタイミングチャートである。
【図５】連続読み出しシーケンスにおける各制御信号及び出力波形を示すタイミングチャートである。
【図６】短時間読み出し読み出しシーケンスにおける各制御信号及び出力波形を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る焦点検出装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る焦点検出装置の構成を示す図である。
【図９】図８に示す焦点検出装置の動作シーケンスと制御信号及び電圧信号の関係を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００８４】
１００…撮像部、１１０…上側撮像部、１１１…画素列群、１１１ａ〜１１１ｄ，１２１ａ〜１２１ｄ…画素列、１１２ａ〜１１２ｄ，１２２ａ〜１２２ｄ…転送ゲート部、１１３，１２３…シフトレジスタ、１１４，１２４…浮動拡散アンプ（ＦＤＡ）、１１５ａ〜１１５ｄ，１２５ａ〜１２５ｄ…蓄積ゲート部、１１６ａ〜１１６ｄ，１２６ａ〜１２６ｄ…ストレージ部、１２０…下側撮像部、１３０ａ〜１３０ｄ…モニタ画素部、２００ａ，２００ｂ…瞳分割光学系、３００…制御部、４００…シーケンス設定部、５００…演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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